CN102764864B - 一种振幅在线可调的结晶器振动发生装置及其振动方法 - Google Patents

Abstract

一种振幅在线可调的结晶器振动发生装置，涉及冶金连铸设备中结晶器振动发生装置领域，包括底座和位于底座上的电机、两个轴承座、联轴器、偏心轴，偏心轴外部套设振动座，内部套设旋转轴，旋转轴架设于两个轴承座之间，其一端通过联轴器与电机的转轴相连，旋转轴的轴心与偏心轴横截面的圆心位于同一水平面且不重合，旋转轴与水平面之间的转动角度为α，且电机还外接一个驱动电机的电气控制系统，电机的转轴通过联轴器带动旋转轴，旋转轴以其轴心为旋转中心，以偏心轴水平位置为中心点，正、反方向等幅往复旋转运动，同时带动偏心轴上、下振动。本发明结构简单紧凑，振幅在线可调，实现结晶器负滑脱时间的恒定控制，提高铸坯的表面质量和拉坯速度。

Description

一种振幅在线可调的结晶器振动发生装置及其振动方法

技术领域

本发明涉及冶金连铸设备中结晶器振动发生装置领域，具体来讲是一种振幅在线可调的结晶器振动发生装置及其振动方法。

背景技术

结晶器振动发生装置是连续铸钢的核心设备之一，传统的结晶器振动发生装置是由交流异步电动机、减速机、偏心机构等组成的正弦振动发生装置。这种振动发生装置具有机构简单、承载力强、使用成本低等优点。从上世纪八十年代后期直到今，该装置一直是业内普遍采用的结晶器振动发生装置。

随着连铸技术的进步，在要求提高铸坯质量的同时，对连铸机提产降耗也提出了新的要求。由于采用结晶器非正弦振动技术能有效地提高连铸机的拉坯速度，改善铸坯的表面质量，因此，该技术也随之得到了广泛深入地研究、发展、应用及推广。

目前结晶器非正弦振动发生装置主要由液压驱动、伺服缸驱动和机械驱动，液压驱动必须要配液压站，造价高、维护难、使用成本高，机械驱动的非正弦振动装置主要构造形式有“普通电机+双偏心轴叠加”、“普通电机+非轴齿轮”等，但这些机械非正弦驱动装置的结构都比较复杂，且振幅固定，不能调节。而伺服缸驱动的非正弦振动装置，是将伺服电机的旋转运动通过丝杆转换为直线运动，由于丝杆的承载力有限，在承载结晶器振动这种大质量、高加速度冲击时，具有寿命短、振动姿态畸变的缺点，需要经常更换丝杆，因此提高了使用成本。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种振幅在线可调的结晶器振动发生装置及其振动方法，其不需要配置液压站，结构简单紧凑，维护简单，造价低，振幅在线可调，不使用丝杆，提高了使用寿命，降低使用成本。

为达到以上目的，本发明提供一种振幅在线可调的结晶器振动发生装置，包括底座和位于底座上的电机、两个轴承座、联轴器、偏心轴，所述偏心轴外部套设一个振动座，偏心轴内部套设一个旋转轴，旋转轴架设于两个轴承座之间，旋转轴的一端通过联轴器与所述电机的转轴相连，所述旋转轴的轴心与偏心轴横截面的圆心位于同一水平面且不重合，旋转轴与水平面之间的转动角度为α，且所述电机还外接一个电气控制系统。

在上述技术方案的基础上，所述振动座顶端通过一根连杆连接结晶器振动台。

在上述技术方案的基础上，所述电机为低转速大扭矩直驱伺服电机。

在上述技术方案的基础上，所述电气控制系统包括计算机、电气控制柜和现场操作箱，计算机连接电气控制柜，电气控制柜包括依次相连的可编程逻辑控制器、运动控制器、伺服驱动器，现场操作箱与可编程逻辑控制器相连。

本发明还提供一种振幅在线可调的结晶器振动发生装置的振动方法，所述电气控制系统驱动电机，电机的转轴通过联轴器带动旋转轴，旋转轴以其轴心为旋转中心，以偏心轴水平位置为中心点，正、反方向等幅往复旋转运动，同时带动偏心轴上、下振动。

在上述技术方案的基础上，所述偏心轴的运动振幅为h，h＝R·sinα，其中R为旋转轴的轴心与偏心轴横截面的圆心之间的距离，即偏心轴的偏心距离。

在上述技术方案的基础上，所述振动座顶端设有一个与结晶器振动台相连的连杆，所述电机为低转速大扭矩直驱伺服电机。

在上述技术方案的基础上，所述电器控制系统包括计算机、电气控制柜和现场操作箱，计算机连接电气控制柜，电气控制柜包括依次相连的可编程逻辑控制器、运动控制器、伺服驱动器，现场操作箱与可编程逻辑控制器相连。

在上述技术方案的基础上，所述计算机根据生产工艺参数及控制算法，给出控制模型，可编程逻辑控制器接收后给出结晶器振动的控制指令，运动控制器根据所述控制指令，将控制模型分解为电机实时运动的指令序列，伺服驱动器将所述指令序列转换为电信号序列，并控制与其相连的电机按控制模型进行运动。

本发明的有益效果在于：

1.不需要配置液压站，并且结构简单、紧凑，适应目前大部分的结晶器，不需要改变目前传统型结晶器振动装置的其他机械结构，维护简单且造价低。

2.实现的振动方法能够进行包括正弦或非正弦振动在内的多种振动方式，通过调节旋转轴与水平面之间的转动角度α，就能够在线调节它的振幅，便于实现结晶器振动的负滑脱时间恒定控制，从而提高铸坯的表面质量及拉坯速度。

3.整个振动装置采用采用了传统机械结构原理，并且不使用丝杆，避免丝杆使用的弊端，使用寿命延长，降低使用成本，整体结构具有承载力大、抗冲击力强、可靠性高的优点。

附图说明

图1为本发明实施例振幅在线可调的结晶器振动发生装置与连杆配合的结构示意图；

图2为图1的右视图；

图3为本发明实施例振幅控制算法原理示意图；

图4为本发明振幅在线可调的结晶器振动发生装置与结晶器振动台的连接关系示意图；

图5为本发明实施例电气控制系统的结构框图。

附图标记：

结晶器振动发生装置1，底座2，电机3，联轴器4，两个轴承座5，偏心轴6，振动座7，旋转轴8，连杆9，结晶器振动台10，计算机11，电气控制柜12，PLC 121，运动控制器122，伺服驱动器123，现场操作箱13。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1至图4所示，本发明振幅在线可调的结晶器振动发生装置1，用来通过连杆9连接结晶器振动台10。所述结晶器振动发生装置1包括底座2，以及设置于底座2上的电机3、联轴器4、两个轴承座5、偏心轴6。偏心轴6的内部套设一个旋转轴8，所述旋转轴8架设于两个轴承座5之间，转轴8的一端通过联轴器4与电机3的转轴相连，联轴器4位于其中一个轴承座5和电机3之间，所述电机3还外接一个电气控制系统11（如图5），本实施例中采用低转速的大扭矩直驱伺服电机，且旋转轴8和偏心轴6是一体成型的。所述偏心轴6外部套设一个振动座7，振动座7顶端与连杆9连接。所述偏心轴6和振动座7同样位于两个轴承座5之间。如图3所示，所述旋转轴8的轴心O与偏心轴横截面的圆心O′位于同一水平面且不重合，二者之间的距离为R，R即为偏心轴6的偏心距离。

如图5所示，所述电气控制系统包括计算机11、电气控制柜12和现场操作箱13，计算机11连接电气控制柜12，电气控制柜12包括依次相连的PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）121、运动控制器122、伺服驱动器123，现场操作箱13与PLC 121相连。

如图1、图3和图4所示，所述振幅在线可调的结晶器振动发生装置的振动方法，根据需要在电气控制系统中设置所需要的各项参数，以及旋转轴8与水平面之间的转动角度为α。如图5所示，具体操作与原理为：操作者操作计算机11根据生产工艺参数及控制算法，给出控制模型，PLC 121接收后，给出结晶器振动的控制指令，运动控制器122根据所述控制指令，将控制模型分解为电机3实时运动的指令序列，伺服驱动器123将所述指令序列转换为伺服电机3运动的电信号序列，并控制与其相连的电机3按照控制模型进行运动，在操作过程中，现场施工人员还可以通过现场操作箱13对PLC 121进行状态操作。电气控制系统驱动电机3，电机3的转轴通过联轴器4带动旋转轴8转动，进而带动偏心轴6。所述旋转轴8以其轴心O为旋转中心，正、反方向等幅往复旋转运动，旋转轴8与水平面之间的转动角度为α，且所述旋转轴8转动的同时，带动偏心轴6上、下振动，偏心轴的运动振幅为h，其中R为偏心轴6的偏心距离，α为上述旋转轴8的转动角度。

所述振动座7在偏心轴6上、下振动的情况下，带动连杆9进行振幅可调节的正弦或非正弦振动。而与该连杆9相连的结晶器振动台10的结晶器振动是偏心轴5运动的函数，即H＝f(h)，其中H为结晶器振动的振幅，f(h)为连杆9驱动结晶器振动台10振动的传递函数。通过控制偏心轴6带动连杆9按振幅h进行振动，驱动结晶器振动台10按传递函数f(h)给出的函数关系进行振动，当时，结晶器振动达到最大振幅，即在最高点与最低点之间运动，实现振幅为f(R)的结晶器振动控制。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种振幅在线可调的结晶器振动发生装置，包括底座和位于底座上的电机、两个轴承座、联轴器、偏心轴，其特征在于：所述偏心轴外部套设一个振动座，所述振动座顶端通过一根连杆连接结晶器振动台，偏心轴内部套设一个旋转轴，旋转轴架设于两个轴承座之间，旋转轴的一端通过联轴器与所述电机的转轴相连，所述旋转轴的轴心与偏心轴横截面的圆心位于同一水平面且不重合，旋转轴与水平面之间的转动角度为α，且所述电机还外接一个电气控制系统；所述电机的转轴通过联轴器带动旋转轴，旋转轴以其轴心为旋转中心，以偏心轴水平位置为中心点，正、反方向等幅往复旋转运动，同时带动偏心轴上、下振动；所述偏心轴的运动振幅为h，h＝R·sinα，其中R为旋转轴的轴心与偏心轴横截面的圆心之间的距离，即偏心轴的偏心距离；所述电机为低转速大扭矩直驱伺服电机。

2.如权利要求1所述的振幅在线可调的结晶器振动发生装置，其特征在于：所述电气控制系统包括计算机、电气控制柜和现场操作箱，计算机连接电气控制柜，电气控制柜包括依次相连的可编程逻辑控制器、运动控制器、伺服驱动器，现场操作箱与可编程逻辑控制器相连。

3.一种基于权利要求1中振幅在线可调的结晶器振动发生装置的振动方法，其特征在于：所述电气控制系统驱动电机，电机的转轴通过联轴器带动旋转轴，旋转轴以其轴心为旋转中心，以偏心轴水平位置为中心点，正、反方向等幅往复旋转运动，同时带动偏心轴上、下振动，所述振动座在偏心轴上、下振动的情况下，带动连杆进行振幅可调节的正弦或非正弦振动，从而带动与连杆相连的结晶器振动台的结晶器振动；所述偏心轴的运动振幅为h，h＝R·sinα，其中R为旋转轴的轴心与偏心轴横截面的圆心之间的距离，即偏心轴的偏心距离；所述电机为低转速大扭矩直驱伺服电机。

4.如权利要求3中振幅在线可调的结晶器振动发生装置的振动方法，其特征在于：所述电气控制系统包括计算机、电气控制柜和现场操作箱，计算机连接电气控制柜，电气控制柜包括依次相连的可编程逻辑控制器、运动控制器、伺服驱动器，现场操作箱与可编程逻辑控制器相连。

5.如权利要求4中振幅在线可调的结晶器振动发生装置的振动方法，其特征在于：所述计算机根据生产工艺参数及控制算法，给出控制模型，可编程逻辑控制器接收后给出结晶器振动的控制指令，运动控制器根据所述控制指令，将控制模型分解为电机实时运动的指令序列，伺服驱动器将所述指令序列转换为电信号序列，并控制与其相连的电机按控制模型进行运动。